Fotocellula laser per High Speed Photography

Un circuito che permette di scattare foto ad alta velocità al passaggio di un oggetto.

La fotografia ad alta velocità è una tecnica la quale, usando opportuni dispositivi automatici, permette di catturare immagini di eventi estremamente veloci nel momento in cui si verificano. Dopo aver proposto un trigger acustico capace di provocare l’intervento di un flash in seguito al rilevamento di un suono, si illustra ora una fotocellula laser capace di intervenire a seguito del passaggio di un oggetto.

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Fig. 1 – La fotocellula laser

Sullo stesso dispositivo sono montati sia il puntatore laser che il rilevatore a fotodiodo. Attraverso uno specchio (che può essere posizionato in base alle necessità), si fa in modo che il fascio di luce venga riflesso e colpisca il fotodiodo; non appena un oggetto in transito interrompe il cammino ottico, la fotocellula interviene attivando l’uscita.

Il fascio di luce emesso dal puntatore laser è del tutto invisibile se osservato trasversalmente in aria pulita e, pertanto, non compare nelle fotografie. In fig. 2, il cammino ottico del fascio di luce è stato evidenziato diffondendo della polvere di talco nell’aria; la sezione praticamente puntiforme del fascio facilita un posizionamento accurato e riproducibile.

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Fig. 2 – Il cammino ottico del fascio di luce

Il tempo di intervento estremamente breve, all’ordine dei 200 µs, permette di catturare immagini di eventi particolarmente rapidi con un ritardo trascurabile. Ad esempio, un proiettile che viaggiasse alla velocità di 200 m/s, verrebbe immortalato dopo aver percorso soli 4 cm dal punto di rilevazione.

1. Funzionamento

Il funzionamento della fotocellula si basa su un circuito monostabile, al cui ingresso trigger è applicato il segnale prodotto da un fotodiodo impiegato nel modo fotoconduttivo (per assicurare una risposta rapida).

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Fig. 3 – Schema elettrico della fotocellula laser

Fintanto che il fotodiodo è illuminato, l’ingresso trigger del monostabile è a livello logico alto, dunque l’uscita di quest’ultimo è a livello basso e i due transistori sono interdetti.

Quando un oggetto interrompe il fascio di luce, il fotodiodo smette di condurre, portando l’ingresso del trigger a livello basso. L’uscita del monostabile passa quindi a livello alto, portando in conduzione i due transistori Q1 e Q2; il primo, causa lo spegnimento del puntatore laser (evitando così la comparsa del puntino rosso sulla fotografia), mentre il secondo, che costituisce l’uscita vera e propria del circuito, può essere usato per pilotare una macchina fotografica o un flash.

Attenzione: i flash di vecchia generazione possono presentare tensioni pericolose sulle loro connessioni; nel caso si intendesse impiegare questi dispositivi, si provveda a sostituire Q2 con un transistore ad alta tensione (es. 2N5551, MPSA44) e si rispettino le norme e precauzioni relative alla sicurezza.
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Fig. 4 – La scheda del circuito di rilevazione

Il basso valore di R4 (15 kΩ) assicura un’elevata velocità di risposta del fotodiodo, e contemporaneamente riduce la sensibilità del circuito alla luce ambientale (la fotocellula funziona correttamente in ambiente buio o poco illuminato). Se si desidera ridurre la sensibilità nei confronti della luce ambientale, è possibile aggiungere un filtro rosso davanti al fotodiodo.

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Fig. 5 – Connessioni interne e montaggio

Per facilitare l’orientamento dello specchio, è stato previsto un interruttore (S1) che permette di mantenere il monostabile in modalità reset; in questo modo, i transistori sono interdetti e il puntatore laser resta acceso, anche se il fotodiodo non è illuminato.

2. Modi d’impiego

L’uscita a collettore aperto permette una considerevole flessibilità circa i modi d’impiego del circuito. Ad esempio, il circuito può essere collegato direttamente al connettore di scatto remoto presente sulla macchina fotografica. Si consideri però che quest’ultima introdurrà inevitabilmente un certo ritardo (che in molti casi può comunque essere accettato) dovuto al tempo di risposta dell’otturatore.

Un metodo considerevolmente più rapido consiste nell’impiegare il circuito per pilotare un flash (anziché la macchina fotografica). Infatti, se si mantiene la scena completamente al buio, è possibile aprire manualmente l’otturatore della macchina fotografica (impostata in modalità “posa B”) qualche istante prima che si verifichi l’evento, senza che venga catturata alcuna immagine. Solo quando la fotocellula sarà intervenuta, provocando l’intervento del flash, verrà immortalata l’immagine illuminata in quell’istante. Si potrà quindi chiudere l’otturatore, anche qualche istante dopo che l’evento si sia concluso.

In questo modo, si eliminano i ritardi dovuti all’otturatore, dal momento che quest’ultimo viene aperto manualmente diversi istanti prima che si verifichi l’evento. Inoltre, essendo la durata del lampo prodotto dal flash estremamente breve (p. es. circa 1/40000 s a basse potenze), è possibile catturare immagini nitide anche per eventi molto rapidi.


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Autore: bsproj

Appassionato di musica e progettazione elettronica.

16 pensieri riguardo “Fotocellula laser per High Speed Photography”

  1. ciao sono andato a chiedere a cagliari i chiedono 18,50 euro per il modulo laser troppo per me
    quindi o ovviato ho comprato dal cinese un laser 2 euri e st o tentando di toglierlo da dove e montato sai qualcosa che io non so per recuperarlo grazie

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